JP3481801B2 - 平面アンテナおよびこれを用いた携帯無線機 - Google Patents

平面アンテナおよびこれを用いた携帯無線機

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、通信分野にかか
り、特に衛星通信に用いる円偏波平面アンテナの複共振
周波数の調整とインピーダンス整合に関するものであ
る。また、本発明は円偏波平面アンテナを用いた携帯無
線機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、衛星を用いた携帯電話の構想が各
社から提案されており、それらの周波数帯は、地上の携
帯電話から衛星へは1.6GHz帯が、衛星から地上の
携帯電話へは2.4GHz帯が割当てられている。また
1.6GHz帯は地上から衛星、衛星から地上の双方向
の通信に用いる周波数帯としても割当てられている。
【0003】従来から、GPS(グローバル・ポジショ
ニング・システム)衛星からの電波(1.5GHzの右
旋円偏波)を受信するための平面アンテナが実用化され
ている。この平面アンテナは板状の誘電体の一方の面に
パッチ状の導体(放射素子)を貼付して、他方の面に地
導体を貼付した1点背面給電方式のマイクロストリップ
平面アンテナ(MSA)である。図5は従来の1点背面
給電方式のマイクロストロリップ平面アンテナ(MS
A)21を真上から見た図で、パッチ状の導体21bは
長方形である。パッチ状の導体21bの長辺PO,QR
の長さをLとし短辺PQ,ORの長さをSとすると10
0×L/S=102〜103%程度になるように構成す
る。長辺PO,QRでは、比較的低い周波数で共振し、
楕円偏波特性を示し、短辺PQ,ORでは、比較的高い
周波数で共振し、前記楕円偏波と直交した楕円偏波特性
を示し、それらの間の周波数で円偏波アンテナとして動
作する。さらに、特性インピーダンス50Ωの給電線を
給電ピン21aに接続(接続は背面から)するために、
給電ピン21aの位置を調整してインピーダンス整合を
とる。すなわち、給電ピン21aを4角形の略対角線上
に配置すればよいことが知られている。
【0004】MSA21を構成する誘電体基板21cの
諸元としては、比誘電率20程度、厚さ4〜6mm、大
きさ25mm程度のものが実用化されている。GPSで
必要とされる帯域幅は1MHz程度と非常に狭い。
【0005】一方、衛星携帯電話では10MHz程度の
比較的広い帯域で送受信を行うため、誘電体基板21c
を厚くして比較的帯域を広くする必要がある。また、低
軌道の周回衛星を用いたシステムでは低仰角でのアンテ
ナ利得の確保の必要性が生じている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、帯域や
低仰角でのアンテナ特性を向上させるために、誘電体基
板を厚く(従来のGPS用MSAの2倍程度)した場
合、長方形のパッチ状導体により所望の複共振周波数と
インピーダンス整合を同時に満足させることは困難であ
った。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記課
題は特許請求の範囲に記載された手段により達成され
る。すなわち、板状の誘電体の一方の面にパッチ状の導
体を具備し、他方の面に地導体を具備して前記地導体と
前記導体とを短絡せずに背面給電方式にて前記パッチ状
の導体に給電を行い円偏波アンテナとして動作する平面
アンテナにおいて、前記パッチ状の導体が4角形であっ
て、少なくとも3つの辺の長さを異ならせたことを特徴
とする。
【0008】
【発明の実施の形態】図1は本発明の実施形態の構成の
概略図であり、1はマイクロストリップ平面アンテナ
(MSA)、1aは給電ピン、1bはパッチ状の導体、
1cは誘電体基板である。誘電体基板1cの背面には図
示せぬ地導体が配置され、背面側より給電ピン1aが地
導体の貫通孔内を非接触で貫通しパッチ状の導体1bの
給電点Hに接続している。ここで、パッチ状の導体1b
の第1の辺(辺AB)、パッチ状の導体1bの第2の辺
(辺BC)、パッチ状の導体1bの第3の辺(辺C
D)、パッチ状の導体1bの第4の辺(辺DA)とす
る。
【0009】本発明の実施形態では、まず、長方形EB
FDを構成し、対角線EFと対角線BDとの交点をGと
する。また右旋円偏波にするため線分EG上に点Hを設
け給電点とした。加えて、複共振周波数の調整とインピ
ーダンス整合を容易にするために、辺EBを延長し辺A
Bとし、辺BFを延長し辺BCとした(AB≠BC)。
各辺の延長により辺CDと辺DAは斜めの線になる。こ
れにより、給電点Hからみた各辺までの距離の取り得る
値の幅が広がる。すなわち、パッチ状の導体1bに於い
ても広帯域化がなされ、併せて、給電点Hと各辺までの
距離によるインピーダンス整合条件が緩和される。この
MSA1の測定例を図2に示す。図2は図1にEBFD
で示す長方形の長辺EBを延長したABFDで示される
台形のパッチ状の導体を測定した例で、図2(a)はパ
ッチ状の導体の延長分(辺AE)の長さを1.5mmに
した時のスミスチャート、図2(b)は延長分(辺A
E)の長さを2.0mmにした時のスミスチャートであ
る。
【0010】またパッチ状の導体1bの辺AB,辺B
C,辺CD,辺DAをそれぞれ辺AB=20mm、辺B
C=19mm、辺CD=18.6mm、辺DA=17.
04mmとし、このとき誘電体基板1cの厚さは12m
m、誘電体基板1cの比誘電率は約20、誘電体基板1
cの外形は28mm×28mmとして図3に示すように
ヘリカルアンテナ2と組み合わせた例を示す。図3には
地導体4が示されている。地導体4の下にはヘリカルア
ンテナ2が同軸方向に配置される。ヘリカルアンテナ2
は直径30mmのアクリル製円筒(誘電体柱)2aの表
面に幅4.5mmの銅箔テープ(線状放射素子)2bを
4本、ヘリカル状に高さ134mmの間を180度巻下
げて、円筒下端部において向かい合った銅箔テープ2b
同志を被覆導線で電気的に結合したものである。また、
下端部での被覆線の交差は直流的には接続しない。アク
リル製円筒2aの上端にMSA1を固定しているが、ヘ
リカル状の線状放射素子である銅箔テープ2bと地導体
4とは直接接続させず約7mmの辺縁部(導体部)2d
を設けてヘリカル状の放射素子に電気的に接続するよう
にしている。同軸線(信号伝送路)6はアクリル製円筒
2a内を通じて地導体4に設けた貫通孔4aに至る給電
ピン1aに接続しパッチ状の導体1bに給電する。本例
によりMSA1単体よりも低仰角の利得が向上し、低仰
角から天頂方向への全方位に指向性を有し、軸比が良好
なアンテナが構成される。
【0011】また図4は図3に示すアンテナを携帯無線
機(携帯電話)に搭載した様子を示す図で、ヘリカルア
ンテナ2はアンテナ保持円筒13に支持され、その位置
は携帯無線機(携帯電話)11から高さ方向に連通部1
3aを設けて離されている。携帯無線機11において1
1aは受話部、11bは表示部、11cは操作部、11
dは送話部である。従って携帯無線機が図3に示すアン
テナを搭載することにより一本のアンテナで低軌道及び
天頂方向の衛星との通信が可能になる。
【0012】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、比
較的厚い誘電体基板に放射素子となるパッチ状の導体を
形成しても、所望の複共振周波数と給電線とのインピー
ダンス整合を同時に満足させることができる。また本発
明は、従来の様に誘電体基板が比較的薄い場合にも適用
できることは言うまでもなく、比誘電率が高く、パッチ
状の導体の寸法精度が厳しい平面アンテナにおいて、顕
著に有効性を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態を示す一点背面給電方式
のマイクロストリップ平面アンテナを真上から見た図。
【図2】 (a)(b)は本発明のマイクロストリップ
平面アンテナの測定例を示すスミスチャート。
【図3】 本発明のマイクロストリップ平面アンテナを
4線ヘリカルアンテナと組み合わせた実施例を示す図。
【図4】 図3のアンテナを携帯無線機に搭載した様子
を示す図。
【図5】 従来の背面給電方式のマイクロストリップ平
面アンテナを真上から見た図。
【符号の説明】
1 :マイクロストリップ平面アンテナ(MSA) 1a:給電ピン 1b :パッチ状の導体(放射素子) 1c:誘電体基板 2 :ヘリカルアンテナ 2a:誘電体柱(アクリル製円筒) 2b:線状放射素子(銅箔テープ) 2d:辺縁部(導体部) 4 :地導体(導体板) 4a:地導体に設けた貫通孔 6 :同軸線(信号伝送路) 11:携帯無線機(携帯電話) 11a:受話部 11b:表示部 11c:操作部 11d:送話部 13:アンテナ保持円筒 13a:連通部 21:マイクロストリップ平面アンテナ(MSA) 21a:給電ピン 21b:パッチ状の導体(放射素子) 21c:誘電体基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01Q 13/08 H01Q 1/24 H01Q 21/00 - 21/30 H04B 7/32 JICSTファイル(JOIS)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】板状の誘電体の一方の面にパッチ状の導体
    を具備し、他方の面に地導体を具備して前記地導体
    記導体を短絡せずに背面給電方式にて前記パッチ状の
    導体に給電を行い円偏波アンテナとして動作する平面ア
    ンテナにおいて、 前記パッチ状の導体が4角形であって、少なくとも3つ
    の辺の長さが異なることを特徴とする平面アンテナ。
  2. 【請求項2】前記平面アンテナの地導体の下方にヘリカ
    ル状の放射素子を電気的に接続したことを特徴とする請
    求項1記載の平面アンテナ。
  3. 【請求項3】請求項2記載の平面アンテナを携帯無線機
    のアンテナとして搭載したことを特徴とする携帯無線
    機。
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